JP4306718B2 - シリンダヘッド - Google Patents

Description

本発明はシリンダヘッドに関する。

隣接する気筒の排気ポートがシリンダヘッド内の排気集合部において集合せしめられており、これら隣接する気筒の排気ポートを仕切るための仕切壁がこれら隣接する気筒間から排気集合部まで延びており、仕切壁内にヘッドボルト挿入孔が形成されており、排気集合部に面する仕切壁の先端部とヘッドボルト挿入孔間の仕切壁内にオイル通路を形成するようにしたシリンダヘッドが公知である（特許文献１を参照）。このシリンダヘッドを備えた内燃機関では各気筒から排出された排気ガスの集まる排気集合部の温度が特に高くなるためにこの排気集合部に面している仕切壁先端部付近の温度が最も高くなる。従ってこの内燃機関では仕切壁内に形成されたオイル通路の内周面の温度が高くなるために低温時にオイル通路内を流れるオイルがすみやかに昇温せしめられる。

一方、このシリンダヘッドを備えた内燃機関ではオイルが過熱される危険性がある。そこで仕切壁内にオイル通路に隣接して冷却水通路を形成したシリンダヘッドが公知である（特許文献２を参照）。このシリンダヘッドを備えた内燃機関ではオイル通路が冷却水通路内を流れる冷却水によって冷却されるのでオイルが過熱するのが阻止される。
特許第３６０５５２１号公報 特開２００２−７０６４１号公報

このように特許文献１に記載されたシリンダヘッドを用いた場合にはオイル通路内を流れるオイルが過熱され、オイルがオイル通路の内周面上に焼付いてしまうという問題を生ずる。また、特許文献２に記載されたシリンダヘッドを用いた場合には冷却水通路側に位置するオイル通路の内周面の温度は低下するが、冷却水通路と反対側に位置するオイル通路の内周面と仕切壁先端部との間には熱伝達を抑制する手段が何ら設けられていないので冷却水通路と反対側に位置するオイル通路の内周面は過熱され、斯くしてオイルがオイル通路の内周面上に焼付いてしまうという問題を生ずる。

また、特許文献１および２に記載されたシリンダヘッドでは仕切壁内に形成されたヘッドボルト挿入孔ボス部への熱伝達を抑制することに関して特に注意が払われていないので仕切壁内に形成されたヘッドボルト挿入孔ボス部の温度が他のヘッドボルト挿入孔ボス部に比べてかなり高くなる。その結果、仕切壁内に形成されたヘッドボルト挿入孔ボス部が他のヘッドボルト挿入孔ボス部に比べて大きく熱膨張するために仕切壁内に形成されたヘッドボルト挿入孔ボス部に大きな圧縮応力が発生し、斯くして仕切壁内に形成されたヘッドボルト挿入孔ボス部の耐久性が低下するという問題がある。

上記問題を解決するために本発明によれば、隣接する気筒の排気ポートがシリンダヘッド内の排気集合部において集合せしめられており、これら隣接する気筒の排気ポートを仕切るための仕切壁がこれら隣接する気筒間から排気集合部まで延びており、この仕切壁内にヘッドボルト挿入孔が形成されており、排気集合部に面する仕切壁の先端部とヘッドボルト挿入孔間の仕切壁内にオイル通路が形成されているシリンダヘッドにおいて、仕切壁の先端部とオイル通路間の仕切壁内に断熱層を形成し、この断熱層がブローバイガス通路からなる。

仕切壁の先端部とオイル通路間に断熱層が形成されているので仕切壁先端部からオイル通路に向けての熱の伝達が断熱層によって遮断又は抑制され、斯くしてオイル通路内のオイルがオイル通路の内周面上に焼付くのを阻止することができる。また、シリンダヘッド側からみるとオイル通路は伝達熱吸収層を形成している。従って本発明では仕切壁先端部とヘッドボルト挿入孔間に断熱層と伝達熱吸収層とが直列に配置されている形となるので仕切壁先端部からヘッドボルト挿入孔周りへの熱の伝達が抑制され、斯くしてヘッドボルト挿入孔ボス部の耐久性を向上することができる。

図１は例えばアルミ合金により一体的に鋳造されたシリンダヘッド１の平面断面図を示している。なお、図１において破線で示される各円は夫々１番気筒＃１、２番気筒＃２、３番気筒＃３、４番気筒＃４の位置を示しており、従って図１に示されるシリンダヘッド１を備えた内燃機関は直列４気筒内燃機関であることがわかる。図１において２は吸気弁によって開閉される弁ポートを示しており、３は排気弁によって開閉される弁ポートを示している。従って各気筒＃１，＃２，＃３，＃４は夫々一対の吸気弁と一対の排気弁とを備えていることがわかる。

なお、シリンダヘッド１には実際には複雑な経路に沿って延びる冷却水通路、動弁機構の支持部、点火栓の挿入部、燃料噴射弁の挿入部等が形成されているが図１ではこれらについて省略している。

シリンダヘッド１内には各気筒＃１，＃２，＃３，＃４に対する吸気ポート４と各気筒＃１，＃２，＃３，＃４に対する排気ポート５が形成されている。図１からわかるように各吸気ポート４および各排気ポート５はシリンダヘッド１の長手軸線の中心を通りかつシリンダヘッド１の長手軸線に対し垂直をなす対称平面Ｋ−Ｋに関して対称に配置されており、更に全ての排気ポート５は排気集合部６に集合している。

図１に示されるように隣接する第１気筒＃１と第２気筒＃２間からはこれら隣接する気筒＃１および＃２の排気ポート５を仕切るための仕切壁７が排気集合部６まで延びており、隣接する第２気筒＃２と第３気筒＃３間からはこれら隣接する気筒＃２および＃３の排気ポート５を仕切るための仕切壁８が排気集合部６まで延びており、隣接する第３気筒＃３と第４気筒＃４間からはこれら隣接する気筒＃３および＃４の排気ポート５を仕切るための仕切壁９が排気集合部６まで延びている。

吸気ポート４側については５個のヘッドボルト挿入孔１０が各吸気ポート４の両側に位置するように一直線上に整列してシリンダヘッド１に形成されており、排気ポート５側についても５個のヘッドボルト挿入孔１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄ，１１ｅが各排気ポート５の両側に位置するように一直線上に整列してシリンダヘッド１に形成されている。排気ポート５側の５個のヘッドボルト挿入孔のうちの３個のヘッドボルト挿入孔１１ｂ，１１ｃ，１１ｄは夫々対応する仕切壁７，８，９に形成されており、２個のヘッドボルト挿入孔１１ａ，１１ｅは吸気ポート群の外側に形成されている。

吸気ポート群の外側に形成されているヘッドボルト挿入孔１１ａ，１１ｅの近傍には夫々オイル通路１２が形成されており、仕切壁８に形成されたヘッドボルト挿入孔１１ｃの近傍にもオイル通路１３が形成されている。このようにヘッドボルト挿入孔１１ａ，１１ｃ，１１ｅの近傍に夫々オイル通路１２，１３を形成しているのは、ヘッドボルト挿入孔１０，１１ａ〜１１ｅ内に挿入されたヘッドボルトによってシリンダヘッド１をシリンダブロック上に固締したときにシリンダヘッド１とシリンダブロック間からオイル通路１２，１３内のオイルが漏洩しないようにしているためである。即ち、ヘッドボルト周りのシリンダヘッド１とシリンダブロックの圧接面は隙間が生じることがないのでヘッドボルト近傍のシリンダヘッド１内とシリンダブロック内に夫々互いに整列するオイル通路を形成しておけばこれらオイル通路の連結部からオイルが漏洩することがないからである。

さて、前述したようにオイル通路の温度が上昇するとオイルがオイル通路の内周面上に焼付いてしまう。また、ヘッドボルト挿入孔周りの温度が上昇するとヘッドボルト挿入孔周りに大きな圧縮応力が発生するためにヘッドボルト挿入孔周りの耐久性が低下してしまう。ところで各気筒＃１，＃２，＃３，＃４からは一サイクルの間に順次排気ガスが排出され、各気筒から順次排出される排気ガスと接触する回数が多いほど温度が上昇することになる。

このような観点からみると、仕切壁７は１番気筒＃１から排出される排気ガスおよび２番気筒＃２から排出される排気ガスと接触するので仕切壁７は一サイクルの間に２回排気ガスと接触する。同様に仕切壁９も一サイクルの間に２回排気ガスと接触する。これに対し、仕切壁８の先端部は全ての気筒＃１，＃２，＃３，＃４から排出される排気ガスと接触するので一サイクルの間に４回排気ガスと接触する。従ってシリンダヘッド１の中で仕切壁８の先端部の温度が最も高くなる。

従ってオイル通路の中では仕切壁８内に形成されたオイル通路１３内のオイルがオイル通路１３の内周面上に最も焼付きやすくなり、ヘッドボルト挿入孔の中では仕切壁８内に形成されたヘッドボルト挿入孔１１ｃ周りの強度が最も劣化しやすくなる。従って本発明では特に仕切壁８内に形成されたオイル通路１３およびヘッドボルト挿入孔１１ｃ周りの温度が高くなるのを抑制するようにしている。

図２は図１の仕切壁８周りの拡大図を示しており、図３は図２のIII−III線に沿ってみた断面図を示している。図２および図３を参照するとシリンダヘッド１はシリンダブロック１４上に載置されており、このシリンダヘッド１はヘッドボルト挿入孔１１ｃ内に挿入されたヘッドボルト１５によってシリンダブロック１４上に固締されている。なお、他のヘッドボルト挿入孔１０，１１ａ，１１ｂ，１１ｄ，１１ｅ内にも図３に示されるヘッドボルト１５と同様なヘッドボルトが挿入されている。

図２および図３に示されるように本発明によれば排気集合部６に面する仕切壁８の先端部８ａとオイル通路１３との間に断熱層１６が形成されている。具体的に言うと、ヘッドボルト挿入孔１１ｃ周りにはヘッドボルト挿入孔１１ｃのボス部が形成されており、仕切壁先端部８ａ側のボス部１７はヘッドボルト挿入孔１１ｃの軸線回りにほぼ半周に亘って延びる中空円筒状をなしている。

図２に示されるようにボス部１７の周りにはボス部１７の半円筒状外周面１８から一定の間隔を隔ててヘッドボルト挿入孔１１ｃの軸線回りに円弧状に延びる薄肉隔壁１９が形成されており、図２および図３に示す実施例ではこの薄肉隔壁１９はシリンダヘッド１と一体的に形成されている。オイル通路１３はボス部１７の半円筒状外周面１８と薄肉隔壁１９との間に形成されており、このオイル通路１３はボス部１７の半円筒状外周面１８に沿ってヘッドボルト挿入孔１１ｃの軸線回りをほぼ半周に亘って円弧状に延びている。

一方、断熱層１６は仕切壁先端部８ａ側のオイル通路１３の外周縁に沿ってヘッドボルト挿入孔１１ｃの軸線回りに延びている。具体的に言うと断熱層１６はヘッドボルト挿入孔１１ｃの軸線回りに薄肉隔壁１９の外周面に沿って延びている。

図３に示されるように薄肉隔壁１９の上端部はシリンダヘッド１上に導びかれたオイルをオイル通路１３内に捕獲しうるようにシリンダヘッド１の上壁面から上方に突出しており、オイル通路１３の下端部はシリンダブロック１４に形成されたオイル通路２０に連通している。一方、図２および図３に示される実施例では断熱層１６はブローバイガス通路からなり、このブローバイガス通路１６はシリンダブロック１４のブローバイガス通路２１に連通している。

図１から図３に示されるように本発明によれば、仕切壁８の先端部８ａとオイル通路１３間にオイル通路１３の仕切壁先端部８ａ側を完全に覆う断熱層１６が形成されているので仕切壁先端部８ａからオイル通路１３に向けての熱の伝達が断熱層１６によって遮断又は抑制され、斯くしてオイル通路１３内のオイルがオイル通路１３の内周面上に焼付くのを阻止することができる。

また、シリンダヘッド１側からみるとオイル通路１３は伝達熱吸収層を形成している。従って本発明では仕切壁先端部８ａとヘッドボルト挿入孔１１ｃ間に断熱層１６と伝達熱吸収層１３とが直列に配置されている形となるので仕切壁先端部８ａからヘッドボルト挿入孔１１ｃ周りへの熱の伝達が抑制される。しかもこれら断熱層１６と伝達熱吸収層１３はボス部１７の排気集合部６側を完全に覆うように延びているので仕切壁先端部８ａからヘッドボルト挿入孔１１ｃ周りへの熱の伝達が大巾に抑制され、斯くしてヘッドボルト挿入孔１１ｃのボス部１７の耐久性を向上することができる。

図４および図５に別の実施例を示す。この実施例ではボス部１７の半円筒状外周面に沿ってヘッドボルト挿入孔１１ｃの軸線回りにほぼ半周に亘って円弧状に延びる断熱層２２が形成されており、この断熱層２２の中央部にオイル通路２３が形成されている。従ってこの実施例においても仕切壁８の先端部８ａとオイル通路２３間に断熱層２２が形成されていることになる。

図４および図５からわかるように断熱層２２内には断熱材料が充填されており、オイル通路２３は断熱材料内に形成されている。また、シリンダヘッド１上にはオイルを捕獲するために断熱層２２の外周縁に沿って延びる直立リブ２４が形成されている。

この実施例においても仕切壁８の先端部８ａとオイル通路２３間に断熱層２２が形成されているので仕切壁先端部８ａからオイル通路２３に向けての熱の伝達が断熱層２２によって遮断又は抑制され、斯くしてオイル通路２３内のオイルがオイル通路２３の内周面上に焼付くのを阻止することができる。またこの実施例でも仕切壁先端部８ａとヘッドボルト挿入孔１１ｃ間に断熱層２２と伝達熱吸収層２３とが直列に配置されている形となるので仕切壁先端部８ａからヘッドボルト挿入孔１１ｃ周りへの熱の伝達が抑制され、斯くしてボス部１７の耐久性を向上することができる。

図６および図７に更に別の実施例を示す。この実施例でもボス部１７の半円筒状外周面１８に沿ってヘッドボルト挿入孔１１ｃの軸線回りにほぼ半周に亘って円弧状に延びる断熱層２５が形成されており、この断熱層２５の中央部にオイル通路２６が形成されている。従ってこの実施例においても仕切壁８の先端部８ａとオイル通路２６間に断熱層２５が形成されていることになる。

図６および図７に示されるようにこの実施例ではオイル通路２６は断熱層２５の中央部を延びるパイプ２７内に形成されており、パイプ２７周りの断熱層２５は空間からなる。この実施例においても仕切壁８の先端部８ａとオイル通路２６間に断熱層２５が形成されているので仕切壁先端部８ａからオイル通路２６に向けての熱の伝達が断熱層２５によって遮断又は抑制され、斯くしてオイル通路２６内のオイルがオイル通路２６の内周面上に焼付くのを阻止することができる。また、この実施例でも仕切壁先端部８ａとヘッドボルト挿入孔１１ｃ間に断熱層２５と伝達熱吸収層２６とが直列に配置されている形となるので仕切壁先端部８ａからヘッドボルト挿入孔１１ｃ周りへの熱の伝達が抑制され、斯くしてボス部１７の耐久性を向上することができる。

シリンダヘッドの平面断面図である。 図１の仕切壁８周りの拡大図である。 図２のIII−III線に沿ってみた断面図である。 仕切壁８周りを示すシリンダヘッド１の別の実施例の平面断面図である。 図４のＶ−Ｖ線に沿ってみた断面図である。 仕切壁８周りを示すシリンダヘッド１の更に別の実施例の平面断面図である。 図６のVII−VII線に沿ってみた断面図である。

符号の説明

１ シリンダヘッド
４ 吸気ポート
５ 排気ポート
６ 排気集合部
７，８，９ 仕切壁
１０，１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄ，１１ｅ ヘッドボルト挿入孔
１２，１３，２３，２６ オイル通路
１６，２２，２５ 断熱層

Claims (3)

1. 隣接する気筒の排気ポートがシリンダヘッド内の排気集合部において集合せしめられており、該隣接する気筒の排気ポートを仕切るための仕切壁が該隣接する気筒間から該排気集合部まで延びており、該仕切壁内にヘッドボルト挿入孔が形成されており、該排気集合部に面する該仕切壁の先端部とヘッドボルト挿入孔間の該仕切壁内にオイル通路が形成されているシリンダヘッドにおいて、該仕切壁の先端部とオイル通路間の該仕切壁内に断熱層を形成し、該断熱層がブローバイガス通路からなるシリンダヘッド。
2. 上記オイル通路は上記仕切壁先端部側のヘッドボルト挿入孔ボス部の外周縁に沿ってヘッドボルト挿入孔の軸線回りに延びており、上記断熱層は上記仕切壁先端部側のオイル通路の外周縁に沿ってヘッドボルト挿入孔の軸線回りに延びている請求項１に記載のシリンダヘッド。
3. 上記オイル通路は上記仕切壁先端部側のヘッドボルト挿入孔ボス部の外周縁のほぼ半周に沿ってヘッドボルト挿入孔の軸線回りに円弧状に延びており、上記断熱層は該オイル通路の外周縁に沿ってヘッドボルト挿入孔の軸線回りに円弧状に延びる薄肉隔壁の外周面に沿って延びている請求項２に記載のシリンダヘッド。

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